JP5498683B2 - 複数のインタロックバランス部材を含む回転機械バランス部材組立体 - Google Patents

Description

本発明は、回転機械の技術に関し、より具体的には、回転機械内の回転構成要素のためのバランス部材組立体に関する。

ターボ機械のような回転機械の製造において、回転構成要素を最終的にバランスさせることは、必須かつ重要な工程である。製造後に最終的にバランスさせることに加えて、回転構成要素を定期的にバランスさせ直すことが、適正な運転及び長い運転寿命を保証するために必要である。バランスさせること（バランス調整）は一般的に、例えばロータのような回転構成要素に対してウエイトを付加又は除去して、ロータ真直度並びにバケット及びカバーのような該ロータに取付けた構成要素における偏差を補償するか或いはターボ機械が運転している振動レベルを低下させることによって達成される。

ウエイトは一般的に、ロータ本体内に形成されたウエイト溝又は開口内に取付けられる。ターボ機械の製造時に使用するようになったウエイト溝は一般的に、Ｔ字状又はダブテール状の断面を有する。その他のバランスウエイトには、ロータ本体に沿って設置したネジ付きプラグが含まれる。バランスウエイトは一般的に、エアギャップつまりロータ本体とステータとの間に存在するギャップ、又は入口ギャップつまり回転機械のエアギャップへのアクセスを提供するギャップよりも１〜５倍長い。従って、ターボ機械内にロータを取付けた状態でウエイトを変更することは、不可能である。それ故、ロータは、取外し、バランス設備まで輸送し、バランスさせかつ実使用に戻さなくてはならない。この作業は、２〜３週間もの長い時間を要して、大幅な停止時間にわたって機械を運転停止させる可能性がある。例えば発電プラントは、そのターボ機械の稼動停止により、日々大きな収益を失うおそれがある。
米国特許第６，２７９，２４０号公報 米国特許第６，４７７，９１６号公報

本発明の第１の態様によると、回転機械は、固定部材と該固定部材に対して可動な回転部材とを含む。回転部材は、複数の雌ネジを有する少なくとも１つのバランス部材組立体受入れ部分を含む。本回転機械はまた、第１及び第２のインタロックバランス部材を有するバランス部材組立体を含む。第１及び第２のバランス部材の各々は、少なくとも１つのバランス部材組立体受入れ部分の雌ネジと作動連結した複数の雄ネジを含む。この構成では、バランス部材組立体は、回転部材を動的バランスさせる。

本発明の別の態様によると、回転機械の回転部材をバランスさせる方法は、回転部材上に設けられたバランス部材組立体受入れ部分を露出させるステップと、バランス部材組立体受入れ部分内に第１のバランス部材を第１の深さまで挿入するステップと、第１のバランス部材に第２のバランス部材をインタロック（相互噛合い）させるステップとを含む。本方法はさらに、バランス部材組立体受入れ部分内に第１のバランス部材を第３の深さまで同時に進入させながら、バランス部材受入れ部分内に第２のバランス部材を第２の深さまで挿入するステップを含む。

この時点において、本発明の例示的な実施形態は、回転機械の分解を必要とせずにバランス部材組立体受入れ部分内に挿入することができるバランス部材組立体を提供することを理解されたい。すなわち、複数のインタロック構成要素は、ターボ機械の分解を必要とせずに個々にロータに取付けられる。このようにして、本発明は、回転機械の運転停止時間を短縮し、それによって運転効率を高め、かつ運転及び保守コストを低減する。

いずれにしても、本発明の例示的な実施形態の様々な態様のその他の目的、特徴及び利点は、幾つかの図において同じ参照符号が対応する部分を指している図面と関連させて以下の詳細な説明を読むことにより一層容易に明らかになるであろう。

始めに図１〜図２を参照すると、本発明の例示的な実施形態により構成した、ターボ機械として図示した回転機械をその全体を参照符号２で示している。ターボ機械２は、フランジ８によって所定の位置に保持された、その全体を参照符号６で示した複数の積重ねラミネーションを有する固定部材又はステータ４を含む。ターボ機械２はさらに、回転部材又はロータ１０を含み、該回転部材又はロータ１０は、エアギャップ１５だけステータ４から間隔をおいて配置された外表面１３を有する本体１１を含む。エアギャップ１５に対するアクセスは、フランジ８に隣接して設置された入口ギャップ１７を通して得られる。ロータ１０は、複数のバランス部材受入れ部分２０〜２３を含むように図示しており、バランス部材受入れ部分の各々は、バランス部材受入れ部分２０と関連して図示したような複数の雌ネジ２４の形態の保持構造を含む。言うまでもなく、２つの部分間の固定かつ／又は選択的に調整可能な連結を得るために、様々なその他の保持構造も採用されてきた。図示していないが、ロータ１０に沿って半径方向及び軸方向に間隔を置いた位置に、付加的なバランス部材受入れ開口が設けられることを理解されたい。以下においてさらに十分に説明するように、複数のバランス部材受入れ部分２０〜２３の１つ又はそれ以上内にウエイト又はバランス部材組立体４０を取付けて、ロータ１０を動的バランスさせるようにする。バランス部材組立体の各構成要素の寸法、個数、位置及び材料組成は、ロータ１０に特有なバランス要件に応じて決まる。

図２に示すように、バランス部材組立体４０は、複数のインタロック構成要素を含む。より具体的には、バランス部材組立体４０は、第１のインタロックバランス部材４３、第2のインタロックバランス部材４６及び第3のインタロックバランス部材４９を含む。以下においてさらに十分に説明するように、インタロックバランス部材の各々は、エアギャップ１５及び入口ギャップ１７内に容易に導入されて、ロータ１０をターボ機械２から取外さずにバランスさせることができるような寸法にされる。すなわち、バランス部材４３、４６及び４９は、その寸法が約１インチ（２．５４ｃｍ）〜５インチ（１２．７ｃｍ）の範囲にある。言うまでもなく、具体的なバランス部材の寸法は、バランス調整を必要とする機械の材料組成、タイプ及び寸法に応じて決まる。

各バランス部材４３、４６及び４９は、その形態が実質的に同様であるので、詳細な説明は、バランス部材４３を示す図３及び図４を参照しながら行うことにするが、バランス部材４６及び４９も同様な構造を有すると理解されたい。図示するように、バランス部材４３は、中間部分６３によって互いに連結された第1の端部分６１及び第２の端部分６２を有する本体部分６０を含む。中間部分６３は、その全体を参照符号６５で示した複数の雄ネジとして図示した保持装置を含み、これらの雄ネジ６５は、実質的に中間部分６３を覆って第1の端部分６１と第２の端部分６２との間で延びる。バランス部材４３は、第1の端部分６１内に形成された陥凹領域７４の形態として示した第１のコネクタ部材７２を含む。陥凹領域７４は、その形状が六角形であり、六角キーのような工具を受入れるように設計される。言うまでもなく、スロット及び四角形のような様々なその他の形状並びにその他の駆動装置も採用することができる。バランス部材４３はさらに、第２の端部分６２から延びる六角形突出部８４の形態として示した第２のコネクタ部材８０を含むように図示している。上述したのと同様に、第２のコネクタ部材８０もまた、様々な形態を採ることができるが、幾つかの実施形態では、第１及び第２のコネクタ部材７２及び８０は、その寸法及び形状が一致している必要はない。

この図示した例示的な実施形態では、バランス部材４３は、例えばステンレス鋼、タングステン及びベリリウム銅の少なくとも１つ、並びにそれらの１つ又はそれ以上を含む組合せで形成される。採用する具体的な材料は、様々なものとすることができ、またロータ１０に必要なバランス補正の量に応じて決まることになる。その目的を達成するために、様々な密度を有する多くのその他の材料もまた、採用することができる。いずれにしても、バランス部材４３の全重量は、材料組成、長さつまりボリューム、及び相対的半径方向位置によって決定される。このようにして、バランス部材組立体４０は、特定の用途の特有な要件に合わせて製作することができる。すなわち、バランス部材組立体４０は、以下においてさらに十分に説明するように、特定のロータ１０のアンバランス状態を補正するために必要なバランス補正又はカウンタバランスの量に応じて決まる同一又は異なる特性を有する複数のインタロック構成要素、例えばバランス部材４３、４６及び４９で形成される。各バランス部材４６並びに４９は、それぞれ対応する第１及び第２のコネクタ部材９１及び９２並びに９４及び９５を含むように図示している。

バランス部材組立体４０の構成の１つの実施形態について説明したので、次に図５〜図７を参照しながらバランス部材組立体４０をロータ１０内に取付ける例示的な方法について説明する。図示するように、第１のバランス部材４３が、例えばバランス部材受入れ部分２０内に挿入される。所定の位置に配置したら、六角キーを使用した工具(図示せず)を第１のコネクタ部材７２内に挿入する。この時点で、バランス部材４３は、「Ａ」で示した第１の深さまで、例えば第1の端部分６１が外表面１３に隣接するまでロータ１０内に回転挿入又は螺入される。

バランス部材４３が所定の位置になったら、バランス部材４６の第２のコネクタ部材９２を第１のコネクタ部材７４内に挿入して、図６に示すように第１及び第２のバランス部材４３及び４６をインタロック（相互噛合い）させる。この時点で、工具（図示せず）を第２のバランス部材４６上の第１のコネクタ部材９１内に挿入する。上述したのと同様に、第２のバランス部材４６は、第１のバランス部材４３をほぼ「Ｃ」で示した第３の深さまで同時に進入させながら、ほぼ「Ｂ」で示した第２の深さまでロータ１０内に回転挿入又は螺入される。図示するように、第２の深さ「Ｂ」は、バランス部材４３の全長に応じて、第１の深さ「Ａ」と同じ深さ又はこれに近い深さとすることができる。

バランス部材４６が所定の位置になったら、バランス部材４９の第２のコネクタ部材９５をバランス部材４６上の第１のコネクタ部材９１とインタロックさせて、バランス部材組立体４０を形成する。この時点で、次に工具(図示せず)をバランス部材４９の第１のコネクタ部材９４内に挿入し、かつバランス部材組立体４０を単体としてロータ１０内に挿入するように操作する。図示した構成では、バランス部材４９は、バランス部材４６を第５の深さ「Ｅ」まで、またバランス部材４３を第６の深さ「Ｆ」まで同時に進入させながら、ほぼ「Ｄ」で示した第４の深さまで挿入される。言うまでもなく、各バランス部材４３、４６及び４９の長さに応じて特定の深さＥ〜Ｆの位置は変化させることができる。いずれにしても、第３のバランス部材４９が挿入されたら、第１のコネクタ部材９４から工具を取外し、所定の位置にバランス部材組立体４０を固定する。バランス部材組立体４０は、例えばロータ１０の外表面１３に対してバランス部材４９をステーキング又はピーニングするような様々な方法によって、或いはロータ１０と選択的に係合するその全体を参照符号１００で示したようなロック装置によって、所定の位置に固定することができる。所定の位置に配置したら、バランス部材組立体４０は、ターボ機械２の運転中に弛緩した状態になるのを防止される。

この時点で、この上述した例示的な実施形態は、ターボ機械の分解を必要とせずにバランス部材組立体受入れ部分内に挿入することができるバランス部材組立体を構成することを理解されたい。すなわち、各構成要素がロータのエアギャップ及び／又は入口ギャップよりも小さい状態での複数のインタロック構成要素としてバランス組立体を形成することによって、大幅な回転機械の分解を何ら必要とせずに、様々な構成要素をロータに対して個々に取付けることができる。このようにして、本発明は、回転機械の運転停止時間を短縮し、それによって運転効率を高め、かつ運転及び保守コストを低減する。

全体的に、本明細書は最良の形態を含む幾つかの実施例を使用して、本発明を開示し、さらにあらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の当業者による実施を可能にする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、本発明の技術的範囲内に属することになることを意図している。

本発明の例示的な実施形態により構成したバランス部材組立体を含む、ターボ機械として示した回転機械の一部分の概略図。 ターボ機械の回転構成要素内への取付け以前及び取付け後におけるバランス部材組立体の部分分解斜視図。 この例示的な実施形態によるバランス部材組立体のインタロックバランス部材の上方右側斜視図。 図３のインタロックバランス部材の下方左側斜視図。 この例示的な実施形態によるバランス部材組立体の第１のバランス部材を受入れる回転部材の部分分解断面図。 第１のバランス部材とインタロックした第２のバランス部材を受入れた状態を示す、図５の回転部材の部分分解断面図。 第１及び第２のバランス部材とインタロックした第３のバランス部材を受入れた状態を示す、図６の回転部材の部分分解断面図。

符号の説明

２ 回転機械／ターボ機械
４ ステータ
６ 積重ねラミネーション
８ フランジ
１０ ロータ
１１ 本体（ロータ１０の）
１３ 外表面（本体１１の）
１５ エアギャップ
１７ 入口ギャップ
２０〜２３ バランス部材受入れ部分
２４ ネジ
４０ バランス部材組立体
４３ バランス部材
４６ バランス部材
４９ バランス部材
６０ 本体部分（バランス部材４３の）
６１ 第１の端部分（本体部分６０の）
６２ 第２の端部分（本体部分６０の）
６３ 中間部分（本体部分６０の）
７２ 第１のコネクタ部材
７４ 陥凹領域
８０ 第２のコネクタ部材
８４ 六角形突出部
９１ 第１のコネクタ部材（バランス部材４６の）
９２ 第２のコネクタ部材（バランス部材４６の）
９４ 第１のコネクタ部材（バランス部材４９の）
９５ 第２のコネクタ部材（バランス部材４９の）
１００ ロック装置

Claims (10)

1. 固定部材（４）と、
   保持構造（２４）を備えた少なくとも１つのバランス部材組立体受入れ部分（２０）を含みかつ前記固定部材に対して可動な回転部材（１０）と、
   第１及び第２のインタロックバランス部材（４３、４６）を含むバランス部材組立体（４０）と、
   を含む回転機械（２）であって、
   前記保持構造（２４）は前記回転部材（１０）の外表面に設けられ、
   前記第１及び第２のインタロックバランス部材の各々が、前記少なくとも１つのバランス部材組立体受入れ部分の保持構造と係合して前記回転部材を動的バランスさせるように構成された保持装置（６５）を含み、
   前記第１及び第２のインタロックバランス部材（４３、４６）の各々は、前記固定部材（４）と前記回転部材（１０）との間のエアギャップ（１５）よりも小さな寸法を有し、
   前記回転機械（２）から前記回転部材（１０）を取外さずに、前記第１及び第２のインタロックバランス部材を前記保持構造（２４）に着脱可能な、
   回転機械（２）。
2. 前記第１のインタロックバランス部材が、第１の端部分（６１）および第２の端部分（６２）を含み、
   前記第１の端部分が、第１のコネクタ部材（７２）を有する、
   請求項１に記載の回転機械。
3. 前記第１のコネクタ部材が、前記第１の端部分内に形成された陥凹領域（７４）である、請求項２に記載の回転機械。
4. 前記第１のインタロックバランス部材が、第２のコネクタ部材（８０）を含み、
   前記第２のコネクタ部材が、前記第２の端部分に設けられる、
   請求項２に記載の回転機械。
5. 前記第２のコネクタ部材が、前記第２の端部分から延びる突出部（８４）である、請求項４に記載の回転機械。
6. 前記第２のインタロックバランス部材が、第１の端部分および第２の端部分を含み、
   前記第２の端部分が、第２のコネクタ部材を含み、
   前記第２のコネクタ部材が、前記第１のコネクタ部材と相互連結して前記バランス部材組立体を形成するようになっている、
   請求項２に記載の回転機械。
7. 前記第２のコネクタ部材が、突出部である、請求項４に記載の回転機械。
8. 前記第２のインタロックバランス部材が、前記第１の端部分上に設けられた第３のコネクタ部材（９１）を含み、
   前記第３のコネクタ部材が、陥凹領域である、
   請求項６に記載の回転機械。
9. 前記第１及び第２のインタロックバランス部材と接合された第３のインタロックバランス部材（４９）をさらに含む、請求項１に記載の回転機械。
10. 前記少なくとも１つのバランス部材組立体受入れ部分の保持構造が、複数の雌ネジであり、
    前記バランス部材組立体の保持装置が、協働する複数の雄ネジである、
    請求項１に記載の回転機械。
    

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